Séance 17 TP

La Terre est une planète où la vie s'est développée.

Séance 17: La température de surface d'une planète

Problématique:

Pourquoi la température de la Terre n’est pas celle attendue ?

Mise en situation et recherche à mener

Les derniers relevés de température effectués par la sonde américaine LRO à la surface de la Lune confirment que cet astre pourrait abriter les coins les plus glacés du système solaire. Dans certains cratères, les zones qui ne reçoivent jamais la lumière du Soleil tombent à des températures record de -238°C, selon les chercheurs qui opèrent le « thermomètre » de LRO, le Diviner Lunar Radiometer Experiment. Par comparaison, il fait -120°C dans les nuages de Jupiter, -193°C dans ceux d’Uranus. La surface d’Encelade (satellite de Saturne) est à -201°C, celle de Io (satellite jovien) à -143°C… La Lune subit de très fortes disparités de températures, puisque dans les régions équatoriales et aux latitudes moyennes il fait plus de 100°C le jour et -183°C la nuit. Les zones d’ombres des cratères du pôle sud étaient soupçonnées depuis longtemps de battre tous les records de froidure. Le « devin » de la sonde LRO en apporte une confirmation, affirment les chercheurs de la Nasa et de l’Université de Californie. Ces points froids pourraient abriter des réserves de glaces d’eau ou d’autres composés qui intéressent l’Homme dans son projet d’installation d’un avant-poste sur la Lune . Pour déterminer la température à la surface de la Lune, l’instrument Diviner travaille dans l’infrarouge (avec un large spectre) : plus la surface est chaude, plus les radiations émises dans l’infrarouge sont intenses. Ainsi les températures lunaires les plus froides comme les plus chaudes peuvent être mesurées. LRO, lancé en juin dernier, n’est qu’en phase de test et de rodage. Les données de Diviner vont donc continuer à tomber : l’instrument doit fournir 24 cartes thermiques de la Lune par an.

http://www.astronoo.com/fr/articles/crateres-de-la-lune.html

On cherche à déterminer les paramètres qui peuvent modifier la température de surface d’un objet céleste.

II) Travaux pratiques

Matériel :

• Logiciel : Livre p 15 - 19

• Console ExAO

III) Commentaire argumenté

À partir des documents proposés, expliquez les anomalies de température pour Vénus et la Terre et déterminez les conditions nécessaires à la présence d'une atmosphère compatible avec la vie.

Document 2: Importance de la masse d’une planète

Chaque planète exerce une force d’attraction gravitationnelle (gravité en N. kg-1) sur les objets situés à son voisinage. Pour une même molécule gazeuse (dont la masse est négligeable), cette force dépend avant tout de la masse de la planète. On peut alors comprendre pourquoi certaines planètes ont une atmosphère et d’autres peu ou pas du tout.

g = G x M / R

M : masse de l’astre (kg)

R : rayon de l’astre (m)

G : constante de gravitation universelle (6.67 x 10¹¹ N.m².kg^-2)

Paramètres physico-chimiques sur les planètes telluriques et la Lune

Document 3: Rôle de la couche d’ozone

Léon TEISSENREC de BORT met en évidence en 1902 le rôle de la couche d'ozone qui absorbe le rayonnement solaire (en fait les ultraviolets). En 1974 deux scientifiques américains, Mario MOLINA et F. SHERWOOD ROWLAND formulent pour la première fois la théorie de l'appauvrissement de la couche d'ozone sous l'impact des ChloroFluoroCarbones (CFC), composés chimiques apparus en 1938. Et, J. FARMAN du British Antarctica Survey (BAS) annonce en 1985 qu'un "trou" temporaire mais important (jusqu'à 50% de pertes) apparait chaque printemps dans la couche d'ozone au dessus de l'Antarctique depuis 1979 et se résorbe au début de l'automne.

http://www.notre-planete.info/environnement/trou-couche-ozone.php

Evolution du "trou" dans la couche d'ozone depuis 1982

L'ozone (O₃) est une forme chimique particulière de l'oxygène, très instable et réactive. Il est notamment généré par le bombardement de la molécule oxygène stable O₂ par les utraviolets (UV). La couche d'ozone s'est formée il y a environ 600 millions d'années et a atteint sa taille actuelle il y a environ 400 millions d'années. La couche d'ozone représente schématiquement la partie de l'atmosphère où sa concentration est la plus élevée. Ainsi, l'ozone est davantage présent à une distance du sol comprise entre 10 et 40 km (plus fortement vers 35 km) dans la couche appelée stratosphère. D'où l'appellation d'ozone stratosphérique à ne pas confondre avec l'ozone troposphérique induit en grande partie par la circulation automobile et qui irrite notamment les yeux et les voies respiratoires.

À cette altitude, la teneur en ozone résulte d'un équilibre entre formation et destruction sous la dépendance de l'activité solaire, de la température, de la présence d'autres substances chimiques.En absorbant ensuite les UV, l'ozone contribue à réchauffer la stratosphère. On parle de "trou" dans la couche d'ozone lorsque la valeur de la colonne intégrée en ozone est inférieure à 220 unités Dobson (la valeur normale étant 300 unités Dobson environ). Les unités Dobson expriment la totalité de l'ozone dans une colonne qui part du sol et traverse toute l'atmosphère.

La couche d'ozone est essentielle à la vie sur Terre car elle la protège des rayonnements ultraviolets nocifs émis par le soleil. En effet, les UV dont la longueur d'onde sont absorbés par l'ozone. Il existe différents types de rayons UV regroupés en trois grandes classes : les rayons UV-C, les rayons UV-B et les rayons UV-A. Les rayons UV-C sont les plus dangereux de la gamme. Heureusement, ils sont arrêtés presque en totalité par la couche d'ozone. La dégradation de la couche d'ozone implique une moindre filtration des rayons ultraviolets les plus nocifs et une élévation des risques pour la vie terrestre : brûlures superficielles, conjonctivites, cataractes, augmentation des cancers et vieillissement de la peau maladies du système immunitaire réduction de la photosynthèse : diminution des rendements et de la qualité des cultures, disparition du plancton, premier maillon des chaînes alimentaires aquatiques...

Source : notre-planete.info, http://www.notre-planete.info/environnement/trou-couche-ozone.php

Critères de réussite des capacité(s) et attitude(s) évaluables ou évaluées:

Percevoir le lien entre sciences et techniques

Montrer de l’intérêt pour les progrès scientifiques et techniques

Objectifs cognitifs:

• Définir les conditions nécessaires à la vie.

• Déterminer les paramètres pouvant modifier la température de surface d'un objet céleste.

• Déterminer les paramètres nécessaires pour qu'un objet présente une atmosphère.

Vocabulaire à connaître:

• Force d’attraction,

• Atmosphère, troposphère, stratosphère,

• Effet de serre, rayon incident, rayon réfléchi.